一种光接收机用宽带可变增益放大器的制作方法

本发明属于通信，具体涉及一种光接收机用宽带可变增益放大器。

背景技术：

1、随着信息技术的发展，人们对信息的交互和其应用的领域提出了更多、更复杂的要求。传统的电通讯方式己逐渐无法满足人们的需求，和电通讯相比，光纤通讯由于其更大的传输容量，更强的抗腐蚀性、保密性、电磁干扰性，更低的损耗、成本、体积、重量和传输损耗，己在传媒行业、军事、医疗以及智能交通等领域有着广泛的应用。在大数据传输需求的背景下，光传输系统的建设发展迅速，骨干网己全面转入光传输主导的时代，并且以区域为基础的数据中心互连推动光传输从长途网延伸入城域网，光器件及其组件在如今通信网络中起着不可替代的作用。

2、在光接收机系统中，为了将光电二极管输出的微弱电流信号转换成一定幅度的电压信号，一般选择具有增益高、带宽大和噪声低特点的跨阻放大器作为光接收机的前置放大器。由于跨阻放大器的跨阻增益固定，而光检测器产生的光生电流信号是不确定的，导致跨阻放大器的输出信号也有一定的范围，在大信号时会产生失真。而后级时钟数据恢复电路要求基本稳定的输入信号摆幅，因此需要在跨阻放大器后增加一个自动增益控制电路，使得前端放大电路的输出达到需要的幅值。

3、自动增益控制电路的环路结构主要由可变增益放大器、峰值检测电路、低通滤波电路以及运放四个部分构成，且整个控制环路构成了一个负反馈系统。可变增益放大器输出端的峰值检测电路通过对输出信号的幅值进行检测，然后通过 rc 低频滤波结构提取出稳定的低频电压包络信号。将该电压信号和设定的参考电压进行比较后产生一个控制电压并反馈到可变增益放大器的增益控制端，从而改变输出信号的幅值。

4、如图1所示，传统宽带可变增益放大器的增益主要取决于nmos晶体管m1a和nmos晶体管m2a的跨导以及反馈电阻r3a和电阻r4a的值，而带宽与反馈电阻值为弱相关关系，可以大大减小带宽随增益的变化。由于本电路未采用峰值电感进行带宽扩展，可有效避免大面积电感的使用，减小芯片面积和成本。所以本结构特别适合实现宽带可变增益放大器。然而，与普通差分放大器比较，传统宽带可变增益放大器增加了由nmos晶体管m1a和nmos晶体管m2a构成的放大器，整个宽带可变增益放大器功耗较大；其次，由于采用级联结构，导致反馈电阻和负载电阻会产生较大的压降，需要较高的工作电压。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光接收机用宽带可变增益放大器，旨在解决上述的问题。

2、本发明主要通过以下技术方案实现：

3、一种光接收机用宽带可变增益放大器，包括增益放大电路单元、可调负载阵列单元和可调电容阵列单元；所述增益放大电路单元包括级联的跨导级和跨阻级，所述跨阻级的输入管为nmos晶体管m9b和m15b，所述跨导级的输入管为nmos晶体管m10b和m16b；所述nmos晶体管m10b的负载由pmos晶体管m7b和电阻r2b构成，nmos晶体管m16b的负载由pmos晶体管m14b和电阻r5b构成；可调电容阵列分别跨接在跨阻级和跨导级的输出端，所述nmos晶体管m10b的漏级分别与pmos晶体管m7b、电阻r2b、nmos晶体管m9b的栅极和可调电容阵列连接，所述nmos晶体管m16b的漏级分别与pmos晶体管m14b、电阻r5b、nmos晶体管m15b的栅极和可调电容阵列连接；所述nmos晶体管m9b和nmos晶体管m15b的栅极与漏级之间分别设置有可调负载阵列单元；信号输入端in1b+和信号输入端in1b-分别与nmos晶体管m10b、nmos晶体管m16b的栅极连接，信号输出端out1b+和信号输出端out1b-分别与nmos晶体管m9b、nmos晶体管m15b的漏极连接。

4、为了更好地实现本发明，进一步地，所述跨阻级还包括pmos晶体管m8b、m13b和电阻r3b、r4b，所述nmos晶体管m9b的漏级分别与pmos晶体管m8b的漏级和电阻r3b连接，所述nmos晶体管m15b的漏级分别与pmos晶体管m13b的漏级和电阻r4b连接；所述pmos晶体管m7b与pmos晶体管m8b的栅极以及所述pmos晶体管m13b与pmos晶体管m14b的栅极分别相互连接；电源vcc1b分别与pmos晶体管m7b、m8b、m13b、m14b的源级和电阻r2b、r3b、r4b、r5b连接；nmos晶体管m9b与电阻r3b之间以及nmos晶体管m15b与电阻r4b之间分别设置有信号输出端out1b+、信号输出端out1b-。

5、为了更好地实现本发明，进一步地，所述可调负载阵列单元包括第一支路、第二支路；信号输入端in1c分别与第一支路、第二支路连接，所述第二支路的尾端与信号输入端in2c连接；所述第一支路包括若干个并联支路，所述并联支路上设置有串联的电容cnc和射频开关swn1c，所述射频开关swn1c的另一端接地；所述第二支路上设置有若干个并联的电阻rmc与射频开关swm2c。

6、为了更好地实现本发明，进一步地，所述可调电容阵列单元包括若干个并联设置的电容支路，所述电容支路包括从前至后依次串联设置的射频开关sw1、电容c、射频开关sw2。

7、为了更好地实现本发明，进一步地，所述可调电容阵列单元包括第一阵列单元和第二阵列单元，分别跨接在跨阻级和跨导级的输出端；所述第一阵列单元和第二阵列单元分别包括若干个并联设置的电容支路，所述第一阵列单元的电容支路包括从前至后依次串联设置的射频开关swp1d、电容cp1d、射频开关swp2d，所述第二阵列单元的电容支路包括从前至后依次串联设置的射频开关swq3d、电容cq2d、射频开关swq4d；所述第一阵列单元的两端分别设置有信号输入端in1d、信号输入端in2d；所述第二阵列单元的两端分别设置有信号输入端in3d、信号输入端in4d。

8、为了更好地实现本发明，进一步地，还包括用于为增益放大电路单元提供电流的直流偏置电路单元，所述直流偏置电路单元包括pmos晶体管m1b、m3b、m5b，nmos晶体管m2b、m4b、m6b、m11b、m12b和电阻r1b；所述pmos晶体管m1b与pmos晶体管m3b以及nmos晶体管m2b与nmos晶体管m4b的栅极分别相互连接，pmos晶体管m1b与nmos晶体管m2b以及pmos晶体管m3b与nmos晶体管m4b的漏级之间分别相互连接；pmos晶体管m5b的栅极分别与nmos晶体管m4b、pmos晶体管m3b的漏级连接，pmos晶体管m5b与nmos晶体管m6b的漏级相互连接，nmos晶体管m6b的栅极分别与nmos晶体管m11b、m12b的栅极连接，所述nmos晶体管m11b的漏级分别与nmos晶体管m9b和m15b的源级连接，所述nmos晶体管m12b的漏级分别与nmos晶体管m10b和m16b的源级连接。

9、为了更好地实现本发明，进一步地，所述pmos晶体管m1b和pmos晶体管m3b的尺寸完全相同，所述nmos晶体管m4b的宽长比大于nmos晶体管m2b的宽长比，以保证nmos晶体管m2b的栅源电压vgs2c大于nmos晶体管m4b的栅源电压vgs4b。

10、本发明的有益效果如下：

11、（1）增益放大电路单元由跨导级和跨阻级级联组成，在跨导级中，nmos晶体管m10b负载由pmos晶体管m7b和电阻r2b构成，nmos晶体管m16b负载由pmos晶体管m14b和电阻r5b构成，与传统结构相比，该负载的引入可吸收可调负载阵列中的电流，减小加载在可调负载阵列上的压降。这使得整体电路的电源电压可以降低，不仅适用于低电压供电，且不消耗输出电压摆幅，有效解决了现有技术中存在的功耗较大和需要较高的工作电压的问题；

12、（2）本发明通过本身的自偏置设定nmos晶体管m9b栅极的直流工作点和nmos晶体管m15b栅极的直流工作点，避免使用共模反馈电路，从而有效减小了电路复杂度，具有较好的实用性；

13、（3）可调负载阵列单元中的反馈电阻，采用不同阻值电阻组成的电阻阵列，可以实现增益的可变，并通过控制电阻阵列中电阻并联开关的导通关闭，可实现不同增益步长的调节。所述可调负载阵列单元引入的负载电容阵列，可以有效调整电路的平坦度等特性。可调负载阵列1b和可调负载阵列2b通过负反馈大大减小了nmos晶体管m10b漏极和nmos晶体管m16b漏极阻抗值，拓展带宽，并提供实现可变增益的重要途径；

14、（4）可调电容阵列单元包含两个电容阵列，即第一阵列单元和第二阵列单元，分别跨接在跨阻级输出端和跨导级输出端，可以按需要分别调节两极点，以获得更加良好的频率滚降特性，具有较好的实用性。